王雪華，上海市史坦默國際科學(xué)教育研究中心研究員

　　裝備和課程是密不可分的，那么，談裝備就不能將裝備孤立于課程之外，我們需要對課程本身有一個(gè)正確的理解和認(rèn)識(shí)。2014年，上海市在市教委的指導(dǎo)下成立了STEM+研究中心，由此開始了STEM教育在中國上海本土化的研究和教育實(shí)踐。在過去兩年多時(shí)間里，有一百所實(shí)驗(yàn)學(xué)校參與到STEM教育的實(shí)證研究中，我們把這個(gè)項(xiàng)目作為上海市綜合教育改革的試點(diǎn)項(xiàng)目，也是教科研長周期實(shí)證研究的基地項(xiàng)目。參與其中的學(xué)校全部是深入一線課堂，深入到教師和學(xué)生中間，目前已經(jīng)貫穿了從從幼兒園到高中的不同學(xué)段。今天我也帶來了在過去兩年中，我們在教育實(shí)踐中的一些案例及數(shù)據(jù)，并通過一些圖表來說明在這一過程中，我們積累的經(jīng)驗(yàn)、面臨的困難以及遇到的問題。

　　一、“STEM+”提出的背景

　　首先我們要對STEM課程有一定的了解。STEM教育最早源于美國，而美國的STEM教育經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一個(gè)階段是在奧巴馬擔(dān)任美國總統(tǒng)的時(shí)候，他把STEM當(dāng)作戰(zhàn)略教育，目標(biāo)就是要保持美國的競爭力，需要非常多有科技創(chuàng)新的人才和有STEM素養(yǎng)的工人，所以他們需要在大學(xué)以及大學(xué)之前的教育中加強(qiáng)科學(xué)，只有科學(xué)才是未來國家發(fā)展的重要關(guān)系和挑戰(zhàn)，因此美國最早提出STEM教育只是把它作為一種教育模式支持科學(xué)學(xué)習(xí)。2013年，美國找到了一種方法，將工程思維設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)引入到科學(xué)的學(xué)習(xí)當(dāng)中，清楚定義了工程設(shè)計(jì)的八步驟以及怎樣與科學(xué)進(jìn)行融合。2016年5月1日，美國教育部再次把STEM教育從一種教育模式提升到學(xué)科的高度。這就需要我們的數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)工程的相關(guān)老師，不是只做一次STEM活動(dòng)、一個(gè)STEM研究，而是要提升到做到動(dòng)態(tài)的、連續(xù)的學(xué)習(xí)高度。既然談到學(xué)科的高度，作為一個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，那么它就需要連貫的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)目標(biāo)。培養(yǎng)目標(biāo)不是以知識(shí)為載體的，而是以學(xué)生的能力為載體。

　　在這之后，韓國在“STEM”的基礎(chǔ)上最早提出了“STEAM”，這個(gè)“A”比較狹義，指的是藝術(shù)。后來美國也把“A”吸納進(jìn)去，但是賦予了它更廣泛的范疇。不僅僅指藝術(shù)，還包括人文、語言文化、社會(huì)學(xué)等十多門學(xué)科。上海在做STEM研究的時(shí)候，很早就提出了“+”，我們認(rèn)為跟國外的孩子相比，我們的孩子需要解決不同任務(wù)，在引導(dǎo)孩子在進(jìn)行動(dòng)手實(shí)踐和科學(xué)創(chuàng)新的時(shí)候，要讓他們更多地感受到人文情懷與關(guān)愛，從而培養(yǎng)較高的人文素養(yǎng)。所以我們沒有提出“A”，而是“+”。

　　二、STEM+新課程特征與裝備的關(guān)系

　　兩年前，基于以項(xiàng)目為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，我們提出了從學(xué)前到高中一系列的學(xué)習(xí)課程，并且做成學(xué)習(xí)包提供給各個(gè)學(xué)校，供學(xué)校進(jìn)行借鑒和參考。STEM+課程有幾個(gè)比較關(guān)鍵的特征：一是如何教會(huì)學(xué)生獲取信息并與人合作進(jìn)行科學(xué)探究;二是通過STEM+課程學(xué)生學(xué)會(huì)工程設(shè)計(jì)思維，發(fā)現(xiàn)問題并通過圖紙來展現(xiàn)繼而去解決;三是希望培養(yǎng)學(xué)生的非認(rèn)知能力，讓學(xué)生有堅(jiān)毅的品質(zhì)，在所有的項(xiàng)目中經(jīng)得起失敗。而實(shí)驗(yàn)研究裝備對于學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目研究也是十分有幫助的。STEM+課程還有一個(gè)重要特征就是工程化實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生在實(shí)踐的過程中需要大量的模具，我們是否能在這一過程中給他們提供充分的裝備，這也是我們作為裝備部門需要去思考的。

　　從另一個(gè)層面和角度來說，STEM+課程還有其他的特征，比如在上海，在我們給所有老師和學(xué)生做活動(dòng)時(shí)所拍攝的照片中，有這樣一組照片(圖1、圖2)：學(xué)生要一個(gè)義肢，就需要對人體的各個(gè)肢體關(guān)節(jié)有所了解，認(rèn)知生命科學(xué)。在這一過程中，學(xué)生就需要有一個(gè)這樣科學(xué)學(xué)習(xí)的材料，我們不僅要讓他們對身體各部位進(jìn)行認(rèn)知，還要讓他們對解剖材料進(jìn)行了解。再如，另外一個(gè)設(shè)計(jì)橋梁的項(xiàng)目，學(xué)生是需要進(jìn)行數(shù)學(xué)演算的，對水的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)的變化做一個(gè)記錄，只要給學(xué)生提供牙簽、吸管之類的材料，學(xué)生就能很好地研究出來，這就是跨學(xué)科的特色。我們所有的課堂都是要解決真實(shí)問題的，比如前面所講，學(xué)生要準(zhǔn)備一個(gè)義肢，他必須要知道安裝義肢的這個(gè)人有什么樣的需求，因此能夠支持他制作義肢的訪談和調(diào)研材料就顯得非常重要。STEM+課程就是要讓學(xué)生感興趣并喜歡，感受到趣味性和愉快感。我們可以看到它幫助學(xué)生在課堂上理解科學(xué)，或者是愛上科學(xué)，繼而愿意學(xué)習(xí)更多的科學(xué)知識(shí)。在課堂上，我們設(shè)計(jì)大量的低結(jié)構(gòu)的活動(dòng)，例如做脊椎的模型。在這種類似游戲的活動(dòng)當(dāng)中，孩子已經(jīng)不知不覺完成了對知識(shí)的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步加深對知識(shí)的擴(kuò)展。

　　與此同時(shí)，STEM+課程還具有一定的設(shè)計(jì)性，眾所周知，所有工程師做項(xiàng)目的時(shí)候都是需要圖紙的。對于二三年級(jí)的學(xué)生，我們就開始嘗試讓他們繪制圖紙，剛開始大家一致認(rèn)為這是不可能的。但是經(jīng)過嘗試之后發(fā)現(xiàn)，學(xué)生是可以做到的，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力往往超過我們的預(yù)期。所有實(shí)踐過程都是以學(xué)生為中心，老師是跟著學(xué)生走的，在我們提供給學(xué)生的研究材料里，可能存在事先沒有預(yù)測的部分，但在學(xué)生的研究實(shí)踐當(dāng)中會(huì)一點(diǎn)一點(diǎn)延伸出來，我們只需要跟著學(xué)生跑。包括在這個(gè)項(xiàng)目當(dāng)中，學(xué)生還有很多人文性的設(shè)計(jì)活動(dòng)，比如海報(bào)、藝術(shù)或者需要用一張紙講明研究的信息圖。我們通過這些項(xiàng)目讓大家看到STEM+課程是怎樣的一個(gè)研究過程，因?yàn)檎n程發(fā)生了變化，所以在裝備上我們要有能夠跟著學(xué)生走的一種變化趨勢，從而滿足教學(xué)需求。

　　三、STEM+新課程群體新趨勢與裝備的關(guān)系

　　影響裝備需求的另一個(gè)因素是與STEM+課程相關(guān)的學(xué)習(xí)群體發(fā)生了變化。其中老師的變化可以用一個(gè)“跨”字來表示。第一是跨學(xué)科。因?yàn)槲覀儽緛砭蜎]有STEM+這門學(xué)科，也不會(huì)有一個(gè)STEM的全科老師，在這個(gè)過程當(dāng)中就形成了多學(xué)科老師。在小學(xué)和中學(xué)的STEM教室里各個(gè)學(xué)科的老師都有，語文、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)、科學(xué)這類老師最多。其中，語文老師在項(xiàng)目中其實(shí)很有趣，他們會(huì)覺得這是一個(gè)理工科學(xué)科，語文老師進(jìn)來似乎起不到任何作用，但事實(shí)上，語文老師在里面的作用非常重要。因?yàn)檎麄€(gè)科學(xué)涉及到大量的信息因素，科學(xué)類的文章也是非常難懂、難以理解的，而語文老師卻能從核心的信息中快速找到需要的信息，而且能夠提煉出來，甚至能通過很好的肢體語言表現(xiàn)出來，因此我們更要支持跨學(xué)科老師進(jìn)行教學(xué)。第二是跨學(xué)段。第三是跨校。在上海做STEM的老師都分布在不同的學(xué)校里，學(xué)校之間如何進(jìn)行教育也是我們需要思考的問題。因此在教研活動(dòng)當(dāng)中，包括我們的微信平臺(tái)、線上平臺(tái)，老師能夠通過微信等線上平臺(tái)或是線下進(jìn)行跨學(xué)科、跨年段或?qū)W段的教研都是很重要的。

　　第二個(gè)發(fā)生變化的群體是學(xué)生，STEM教育關(guān)注更多的是對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)，關(guān)注學(xué)生這些能力是否能支撐以后步入工作崗位和滿足一個(gè)職業(yè)的需求，所以過程是非常重要的。所以，整個(gè)學(xué)生的評價(jià)體系也發(fā)生了很大的變化，我們關(guān)注的不再是學(xué)生對學(xué)科知識(shí)的掌握程度或者是考試成績的好壞，而是更多地關(guān)注學(xué)生在STEM+課程上的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新素養(yǎng)，學(xué)生分析解讀數(shù)據(jù)的能力，使用數(shù)學(xué)和計(jì)算思維的能力，或者進(jìn)行分享的能力、進(jìn)行學(xué)術(shù)論證的能力，以及包括與人交流合作、研究信息數(shù)據(jù)的順暢性，創(chuàng)造性和信息思維方面的表現(xiàn)。當(dāng)學(xué)生在完成任務(wù)的過程中，我們就開始采集他的能力比，形成這樣一個(gè)平臺(tái)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，可以通過一段錄音或者一個(gè)小視頻把他的學(xué)習(xí)和作品成果上傳到平臺(tái)，老師就可以在他演示的過程當(dāng)中及時(shí)給出評價(jià)。

　　四、以課程為核心的裝備原則的思考

　　以課程為核心，我們應(yīng)該給師生提供哪些裝備呢?其實(shí)在做STEM+研究之前，我是做創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的，從2007年開始我就參與了上海創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目，和五十多所學(xué)校共同創(chuàng)建了五十多個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，在這一過程中有成功也有失敗。所以今天我在這里給出一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的案例，通過這些案例希望能引發(fā)老師們的思考。

　　比如說我右手邊(如圖3)有一個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，有諸多的教學(xué)設(shè)備，對于教師來說，四十分鐘的一堂課，他有時(shí)間、有能力全部都操作一遍嗎?是助力還是負(fù)擔(dān)呢?這些設(shè)備的投入是非常大的，但是對老師的教學(xué)又起到多大的幫助呢?再比如我左邊也是一個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室(如圖4)，里面就只有一個(gè)材料臺(tái)，但是有很多可供選擇的裝備，這樣就很吻合STEM+課程的需要，學(xué)生可以根據(jù)自己的需要在教室里隨意動(dòng)起來?，F(xiàn)在很多學(xué)校都3D打印機(jī)，在STEM+課程中，我們認(rèn)為3D打印機(jī)其實(shí)還是很有幫助的。右邊(圖5)的是3D掃描儀，非常昂貴的設(shè)備，因此，在實(shí)驗(yàn)中我就提出是否可以建立一個(gè)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)籌資源，建立一種共通、共享的機(jī)制。如果每一個(gè)學(xué)校都要投入資金配備這樣的3D掃描儀，在經(jīng)費(fèi)上是否能夠得到足夠的支持。

　　有這樣一個(gè)案例，大家都知道STEM+課程是吻合式的學(xué)習(xí)，需要學(xué)生上網(wǎng)查資料，經(jīng)過小組討論整合資源進(jìn)行動(dòng)手操作，并且要在四十分鐘內(nèi)合理利用，呈現(xiàn)多元模式的課堂。其實(shí)我們學(xué)校里電腦房、實(shí)驗(yàn)室等都有，但是一般來說都是散落在各個(gè)樓層，老師根本沒有這個(gè)時(shí)間帶領(lǐng)學(xué)生挨個(gè)教室去跑，效率也非常低下。所以我們這位老師就自己做了一定的改造，實(shí)行整合。能夠支持學(xué)生在四十分鐘課堂內(nèi)進(jìn)行多種模式的學(xué)習(xí)，把電腦搬進(jìn)來，把水搬進(jìn)來，把研究的臺(tái)子搬進(jìn)來。在我左邊的這個(gè)圖(圖6)是一把轉(zhuǎn)椅，我在2011年的時(shí)候?qū)⑦@把轉(zhuǎn)椅從美國引進(jìn)來，后來在實(shí)驗(yàn)過程中做了改良，加了一個(gè)插槽，把平板電腦放在插槽里，學(xué)生的手就可以解放出來，另外又加了一個(gè)杯托，供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中飲水，隨時(shí)供給水分，滿足學(xué)生腦神經(jīng)的需求，并達(dá)到了加強(qiáng)思維的效果。

　　以上這些就是我們做的一些案例分享，也希望以后能有更多機(jī)會(huì)和大家多多交流。

　　除此之外，我們也做了一些關(guān)于STEM+環(huán)境的調(diào)研，對36所實(shí)驗(yàn)學(xué)校、179名教師和1954名學(xué)生進(jìn)行了研究，通過不記名調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對于教師和學(xué)生們而言投影、可移動(dòng)的桌椅和電子白板使他們最需要的。而在教學(xué)平臺(tái)上，我們也發(fā)現(xiàn)微信、QQ群或者是有教學(xué)內(nèi)容的平臺(tái)排在需求的前列。在材料的使用中，我們發(fā)現(xiàn)低結(jié)構(gòu)的材料很受學(xué)生的歡迎，比如卡紙、繪圖紙、牙簽、橡皮泥等等，都是非常低結(jié)構(gòu)的材料，方便學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)能夠高效率地使用，從而也讓老師沒有后顧之憂。

　　基于以上所提到的，包含課程的特征、教師和學(xué)生的變化以及我們對現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室的研究，我們嘗試提出了STEM+課程裝備的原則：第一是夠用和實(shí)用;第二是讓課堂的執(zhí)行變得簡便;第三是輕松愉快的學(xué)習(xí)課程。所有的裝備都不能成為學(xué)生的負(fù)擔(dān)，要像游戲一樣學(xué)習(xí)，操作簡單，能夠滿足學(xué)生探索的全部需要，因此我們提出了在未來裝備上一些新需求的思考和原則。

　　2012年，我做了一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，有未來教室，還有根據(jù)學(xué)校特色打造的項(xiàng)目研究室、科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、圖書館和人文實(shí)驗(yàn)室，包括后來的STEM工作室。我們做了很多的案例，在未來的學(xué)習(xí)空間里，老師和學(xué)生或許還有一些原則性的需求，第一是我們發(fā)現(xiàn)在學(xué)校里能夠支持師生合作還有多種整合的空間太少，需要我們多打通一些教室，在同一空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)不同的功能，供師生使用;第二是目前能夠提供給學(xué)生動(dòng)手的空間還不是很多，例如可以進(jìn)行幕后切割、3D打印等技術(shù)操作的空間不夠;第三是給學(xué)生用來社交的空間不夠，學(xué)生需要進(jìn)行相互之間的交流和學(xué)習(xí)，比如在走廊、操場、大廳都可以打造這樣的空間。所以在未來，我們會(huì)著重打造以上三個(gè)空間。也歡迎大家到上海、到學(xué)校來多多交流，共同探討關(guān)于STEM空間的建設(shè)。